CN104229062B - 一种活塞式自平衡油水代换储油罐 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种活塞式自平衡油水代换储油罐，包括罐体，以及布置在罐体上的阀组，其特征在于：在罐体内部设置有一个可移动的活塞式隔离装置，隔离装置将储油罐分成两个相互独立、且体积可变化的空间，分别用于储存燃油和代换水；隔离装置包括一个本体及一套机械密封组件，密封组件用于隔离燃油和代换水；活塞式自平衡油水代换储油罐，密封组件由导向环、浮动环、刮环、密封圈组成，刮环为弹性的，刮环与浮动环叠置布置；导向环、刮环和浮动环以密封圈的中心面呈对称布置；该储油罐具有结构简单、紧凑，自平衡性好，油水代换过程中对燃油污染小，经济性好、可靠性高的特点，适用于需要携带大量燃油，而自身总体空间又比较有限的舰船上。

Description

一种活塞式自平衡油水代换储油罐

技术领域

本发明涉及船舶和海洋工程领域，尤其是关于船舶和海洋工程的燃油储存舱设计领域。

背景技术

燃油舱是船舶的主要组成部分之一，尤其是远洋船舶由于需要携带大量的燃料，在航行过程中随着燃料的消耗，将使得整个船舶不平衡，为了消除燃油消耗引起的船体不平衡，一般船舶系统中都设计了压载水系统。传统的压载水系统与燃油舱多是独立的，也就是燃油舱和压载水舱不是共用的，这种布置方式，结构简单，也不需要油水分离装置，但占用船舶空间较大。近年来，为了充分利用船舶有效空间，要求燃油舱能够实现自平衡，由此逐渐发展了一些分隔式燃油舱技术，即将大的油舱分隔成彼此隔离的若干子燃油舱，每一个子燃油舱的燃油使用完毕时，注入压载水；为防止残留海水等的污染，燃油使用前一般需要增加过滤装置和分油机装置，这种设计较上述传统的燃油舱具有结构紧凑，布置方便的特点，但仍存在以下不足：

(1)供油系统流程比较复杂，且油水代换过程会污染燃油和压载水，必须设置专门的油水分离器或分油机。

(2)由于增加分油机、滤器等设备，系统设备多，对系统可靠性和经济性都有一定影响。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种活塞式自平衡油水代换储油罐，解决目前的燃油舱系统复杂，燃油和海水相互污染大，系统自平衡不足的技术问题，其具有系统结构简单、紧凑，自平衡性好，油水代换过程中对燃油污染小，经济性好、可靠性高的特点。

本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：

一种活塞式自平衡油水代换储油罐，包括筒体结构的罐体，以及布置在罐体上的阀组，其特征在于：在所述的罐体内部设置有一个可移动的活塞式隔离装置，隔离装置将储油罐分成两个相互独立、且体积可变化的空间，分别用于储存燃油和代换水；所述的隔离装置包括一个与罐体内腔结构相适配的本体，以及一套机械密封组件，密封组件用于隔离所述的隔离装置两侧的燃油和代换水。

优选地，上述的活塞式自平衡油水代换储油罐，所述的密封组件由导向环、浮动环、刮环、密封圈组成，其中刮环为弹性的，刮环与浮动环叠置布置；导向环、刮环和浮动环以密封圈的中心面呈对称布置。

优选地，上述的活塞式自平衡油水代换储油罐，所述的密封圈为空心的，设置有1个或1个以上的进排气口，并连接外部气源，在密封圈内充入一定压力的空气，涨紧密封圈，以起到良好密封作用。

优选地，上述的活塞式自平衡油水代换储油罐，罐体横截面为圆形，或椭圆形，或半圆形，或扇形，或矩形，或其他的复合结构形状；罐体是一端封闭、一端开口的，开口端用可拆卸的封头封闭；在罐体内壁涂有一层超级疏油疏水涂层。

优选地，上述的活塞式自平衡油水代换储油罐，在所述的储油舱侧设置有放气阀，在代换水舱侧也设置有放气阀。

总之，本发明的有益效果如下：

本发明的活塞式自平衡油水代换储油罐结构简单、紧凑、安全可靠，在油水代换过程中，燃油和代换水的相互泄漏率很低，后端燃油和代换水的处理设备投入很少；在燃油使用的同时可以同步地把代换水引入到罐体内，从而实现了储油罐的实时自平衡，且平衡精度高；另一方面由于罐体内活塞式隔离装置的设计，该储油罐可以把代换水的压力通过活塞式隔离装置传递至燃油，可以不用设置中间油箱、输油泵，简化整个燃油系统的设备组成，节省布置空间、降低辅助设备能源消耗。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1中A处的局部放大图。

图中标号说明：

1.储油侧阀组、2.封头、3.放气阀、4.罐体、5.加强圈、6.隔离装置、7.放气阀、8.代换水侧阀组、9.浮动环、10.刮环、11.密封圈、12.导向环。

具体实施方式

图1所示是本发明的活塞式自平衡油水代换储油罐的结构示意图。该储油罐主要由罐体4、隔离装置6、封头2、加强圈5、储油侧阀组1、代换水侧阀组8、布置在储油舱侧的放气阀3、布置在代换舱水侧的放气阀7等设备组成。罐体4通过一个隔离装置6把储油罐分成两个独立、可实时变化的储存空间，也就是储油舱和代换水舱，隔离装置6与罐体4内壁之间设置一套机械密封组件，用于隔离燃油和代换水。

罐体4为筒体结构，截面一般为圆形，也可以是椭圆形、半圆形、扇形、矩形或其他的复合结构，也可以根据储油舱的外形结构，设计成其他适当的横截面结构。罐体4一端封闭、一端开口，开口端用可拆卸的封头2封闭。在罐体4内壁涂有一层超级疏油疏水涂层。加强圈5用于对薄壳形的罐体4起到固定加强作用。

隔离装置6为活塞式的，该活塞式隔离装置6有一个开口端和一个闭口端，开口端称为口部，闭口端称为底部，布置时开口端朝向储油侧。

在该罐体4内形成的两部分空间中，活塞式隔离装置6的口部与可拆卸封头2形成的空间用于存储燃油，活塞式隔离装置6的底部与罐体4封头闭端形成的空间用于存储代换水，储存燃油侧的最大充满空间大于代换水侧的最大充满空间。

密封组件主要由导向环12、浮动环9、刮环10、密封圈11等部件组成，其中导向环12，便于活塞式移动装置移动，起导向作用；浮动环9与刮油刮水环叠置布置，刮环10为弹性的，用于刮除罐体4内壁上的燃油和代换水，防止混合污染；导向环12、刮环10、浮动环9以密封圈11的中心面呈对称布置；密封圈11为空心的，设置有1个或1个以上的进排气口，并连接外部气源，在密封圈11内充入一定压力的空气，涨紧密封圈11，以起到良好密封作用，密封圈11内部空间的气体压力在使用过程可以实时的根据要求进行调节。在油罐不进行燃油供用时，在密封圈11内充入比较大的压力，使得油罐在静态时基本达到零泄漏。在燃油存储空间和代换水空间的顶部分别设计有放气阀3、7，该阀主有两个作用，一个是顶部的放气作用，另一个是两侧空间内气体压力的平衡调节，当储油罐内燃油处于静置状态，使得两侧空间内压力平衡，进一步减少了两侧燃油与代换水的相互泄漏率。导向环12、浮动环9、刮环10、密封圈11的数量设置根据两侧压差和罐体4尺寸大小等进行选择，可以设置成一组或多组。

由于该储油罐是通过一个活塞式隔离装置6把储油罐分成两个独立的储存空间，因此两侧空间的总空间是不变的，随着燃油的消耗，活塞式隔离装置6相应的移动，把燃油存储空间变为代换水存储空间用于装载代换水，因此可以实现储油罐的自平衡。通过隔离装置6的机械密封组件使得罐体4内的两部分空间相互隔离，燃油和代换水不会相互污染。在罐体4内壁涂有超级疏油疏水涂层，该涂层的特点是几乎不沾油不沾水，因此在隔离装置6滑动过程中，内壁经过刮环10对内壁刮除后，几乎无油水残留。由于罐体4内壁疏油疏水涂层具有很低的摩擦系数，使得活塞式隔离装置6在移动过程中仅需要很小的推力，降低了两侧液体的压差要求，因此对于提高储油罐的自平衡性具有积极效果；两侧较小的压差也进一步降低了燃油和代换水的相互泄漏，从而确保了燃油和代换水投入很少的油水处理设备的情况下，就能够满足苛刻的指标要求。

由于该活塞式隔离装置6为筒体结构状的，该罐体4通过其分割出来的两部分空间的最大充满空间是不一样的，活塞式隔离装置6的口部与可拆卸封头2形成的空间较大，活塞式隔离装置6的底部与罐体4焊接封头2端形成的空间较小，由于代换水的密度大于燃油，因此较大的空间用于存储燃油，较小的空间用于存储代换水，当燃油消耗完毕后储油侧会空出一部分空间，代换水侧充满代换水，能够实现储油罐的平衡。

上述的机械密封组件的导向环12由具有低摩擦系数、有自润滑特性的非金属材料制成，其主要起导向作用，从而可以使得刮油环和密封圈11变形比较均匀，改善刮油刮水环和密封圈11的受力状况；浮动环9与刮环10是重叠布置的，浮动环9会根据密封压力的大小，以不同的压力挤压刮环10；刮环10的结构类似油封，主要起刮油刮水的作用，也有一定的密封作用。导向环12、浮动环9、刮环10是以空心密封圈11的中心面呈对称布置，且导向环12、浮动环9、刮环10的数量为偶数，从而可以确保隔离装置6往复移动时均具有良好的密封效果。

机械密封组件的空心密封圈11设计有进排气口，密封圈11内部空间的气体压力在使用过程可以实时的根据要求进行调节；由于罐体4的横截面制造有一定偏差，当隔离装置6移动到不同位置时，对空心密封圈11的挤压程度是不同的，通过实时调节空心密封圈11内的气体压力，可以保证密封效果；因此也降低了罐体4制造形状误差要求。另一方面，当储油罐不供油时，空心密封圈11内的气体压力设置地更大，这样既确保了静置时的密封，又保证了供油或装载油时两侧的压差。通过机械密封组件的可靠隔离和罐体4内壁超疏油疏水涂层的使用，可以确保燃油与代换水相互污染极低，因此该储油舱的油水分离或者燃油除水器等设备的投入需求很少，可以减少设备的投资，改善经济性。

储油罐的横截面结构可以根据储油舱的外形结构，设计成适当的横截面结构，从而可以充分的利用舰船的空间，减少储油罐对舰船空间的占用。

在燃油舱设计中，通过一个或一个以上的该种自平衡油水代换储油罐来携带燃油，使得燃油系统流程简单，整个储油舱可以设计的非常紧凑，运行过程中对燃油和所在水域的污染极小，仅需投入很少的燃油处理设备即可满足严格的燃油和排放水质量要求，因此既可以减少设备的造价，又可以大幅地降低运营成本，减少能源消耗，使得舰船供油装置的可靠性和经济性大幅提高。本发明尤其适用于需要携带大量燃油，而自身空间又比较有限的舰船上。该自平衡的储油罐也可以应用于海上边际油田采油的储油系统，该储油罐可以沉入水底或者潜在水中，从而提高了储油罐的安全性和环境适应性，该储油罐应用于海上采油储油能够实现的其他优点与其使用在舰船油舱设计时得到的优点是类似的。

本领域技术人员应该认识到，以上实施例仅用于说明本发明而非限制本发明所描述的技术方案，并不局限于以上的形式，还可以对本发明进行修改或等同的替换，但一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，都将落入本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种活塞式自平衡油水代换储油罐，包括筒体结构的罐体(4)，以及布置在罐体(4)上的阀组，其特征在于：在所述的罐体(4)内部设置有一个可移动的活塞式隔离装置(6)，隔离装置(6)将储油罐分成两个相互独立、且体积可变化的空间，分别用于储存燃油的储油舱和代换水的代换水舱；所述的隔离装置(6)包括一个与罐体(4)内腔结构相适配的本体，以及一套机械密封组件，密封组件用于隔离所述的隔离装置(6)两侧的燃油和代换水；

所述的密封组件由导向环(12)、浮动环(9)、刮环(10)、密封圈(11)组成，其中刮环(10)为弹性的，刮环(10)与浮动环(9)叠置布置；导向环(12)、刮环(10)和浮动环(9)以密封圈(11)的中心面呈对称布置。

2.根据权利要求1所述的活塞式自平衡油水代换储油罐，其特征在于：所述的密封圈(11)为空心的，设置有1个或1个以上的进排气口，并连接外部气源，在密封圈(11)内充入一定压力的空气，涨紧密封圈(11)，以起到良好密封作用。

3.根据权利要求1或2所述的活塞式自平衡油水代换储油罐，其特征在于：罐体(4)的横截面为圆形，或椭圆形，或半圆形，或扇形，或矩形；罐体(4)是一端封闭、一端开口的，开口端用可拆卸的封头(2)封闭；在罐体(4)内壁涂有一层超级疏油疏水涂层。

4.根据权利要求1或2所述的活塞式自平衡油水代换储油罐，其特征在于：在所述的储油舱侧设置有放气阀(3)，在代换水舱侧也设置有放气阀(7)。

5.根据权利要求3所述的活塞式自平衡油水代换储油罐，其特征在于：在所述的储油舱侧设置有放气阀(3)，在代换水舱侧也设置有放气阀(7)。